基于FVM的水動(dòng)力水質(zhì)模擬研究.pdf

1、湖泊是我國(guó)最重要的淡水資源之一。隨著工業(yè)化的發(fā)展,水環(huán)境污染問(wèn)題日益突出,尤其是湖泊的污染日益加重,嚴(yán)重影響了人們的健康生活,制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)湖泊污染問(wèn)題的研究已迫在眉睫,特別是對(duì)湖泊污染物遷移擴(kuò)散進(jìn)行研究,可以掌握污染物分布及變化規(guī)律,為水環(huán)境容量計(jì)算、水質(zhì)改善與水網(wǎng)調(diào)度等提供理論基礎(chǔ)。在對(duì)湖泊水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)值模型進(jìn)行求解的方法中,傳統(tǒng)的離散方法如有限差分法、有限元法在水環(huán)境模擬方面取得了巨大的成功,但在廣泛應(yīng)用的同時(shí),也暴露出很

2、多問(wèn)題,采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的FVM(Finite Volume Method,有限體積法)求解淺水模型時(shí),具有較好的守恒特性,成為求解水環(huán)境模型的重要途徑。本文對(duì)基于FVM的水動(dòng)力水質(zhì)模型進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先介紹了水環(huán)境數(shù)學(xué)模型國(guó)內(nèi)外研究概況及數(shù)值模擬方法,然后對(duì)FVM的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述,同時(shí)針對(duì)淺水模型中已有解法格式對(duì)復(fù)雜源項(xiàng)兼容性不強(qiáng)、邊界處理能力差和通量不守恒等缺點(diǎn),改進(jìn)算法來(lái)提高模型處理任意地形和邊界的能力,改進(jìn)點(diǎn)主要

3、包括:利用高階重構(gòu)與TVD限制器抑制非物理性虛假振蕩、通過(guò)設(shè)置水深閾值和非負(fù)重構(gòu)來(lái)克服計(jì)算值的不合理變化以及在識(shí)別干濕單元的基礎(chǔ)上進(jìn)行通量修正,并應(yīng)用HLLC格式黎曼求解器計(jì)算界面通量,使求解域在空間、時(shí)間尺度上達(dá)到二階精度。在工程應(yīng)用中結(jié)合喻家湖的水環(huán)境特點(diǎn),根據(jù)其水下地形構(gòu)建DEM模型,在此基礎(chǔ)上建立喻家湖二維水動(dòng)力水質(zhì)模型,通過(guò)實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證,然后對(duì)喻家湖水質(zhì)進(jìn)行模擬,分析其變化規(guī)律,為喻家湖環(huán)境治理提供科學(xué)支持